Методы экспериментальной физики в избранных технологиях защиты природы и человека

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 
Калужский филиал 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
А. П. Коржавый, В. И. Капустин, Г. В. Козьмин 
 
 
МЕТОДЫ 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ 
В ИЗБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ 
ЗАЩИТЫ ПРИРОДЫ И ЧЕЛОВЕКА 
 
 
 
Под редакцией проф. А. П. Коржавого 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 533.9.01; 538.975; 502 (631.95) 
ББК 32.85 
 
К66 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф.  Н. П. Есаулов; 
д-р техн. наук  В. В. Прасицкий; 
д-р техн. наук, проф.  С. И. Черняев 
 
 
 
 
Коржавый А. П. 
К66 
 
Методы экспериментальной физики в избранных технологиях 
защиты природы и человека / А. П. Коржавый, В. И. Капустин, 
Г. В. Козьмин; Под ред. А. П. Коржавого. — М. : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2012. — 352 с. 
 
 
 
ISBN 978-5-7038-3627-9 
 
 
 
В книге изложены избранные методы экспериментальной физики, созданные 
на основе вакуумных СВЧ-, газоразрядных лазеров и приборов отпаянного 
типа для защиты окружающей природной среды и человека: показана 
исключительная роль методологии разработки отпаянного прибора, 
когда эмиттирующий заряженные частицы источник (катод, электрод), 
размещенный внутри его полости, есть основной элемент единой замкнутой 
системы; приведены особенности использования такой системы в уст-
ройствах обеспечения жизнедеятельности и сохранения здоровья человека. 
 
 
Для бакалавров, магистров и аспирантов, научных работников и спе-
циалистов, работающих в сфере прикладной физики для техносферной 
безопасности. 
 
 
УДК 533.9.01; 538.975; 502 (631.95) 
ББК 32.85 
 
 
 
 
 
© Коржавый А. П., 
 
 
Капустин В. И., 
 
 
Козьмин Г. В., 2012 
 
© Издательство МГТУ 
ISBN 978-5-7038-3627-9 
 
им. Н. Э. Баумана, 2012 

Когда у меня рождается идея, 
я сразу в воображении начинаю 
строить прибор… 
Я утверждаю, что воплощение 
на практике сырой идеи, как это 
обычно делается, является не чем 
иным, как потерей энергии, 
денег и времени. 
/Никола Тесла. Мои изобретения/ 

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА 

На пороге своего семидесятилетия уверен в том, что коллектив-
ный научный труд более объективен по сравнению с типовой мо-
нографией, тем более по проблеме, которой посвящена данная 
книга. Методология построения её материала и подход к редакти-
рованию складывался не без влияния учителей, с которыми мне 
в жизни просто везло. 
После опустошительной для нашей страны Второй мировой 
войны мое поколение росло в особой обстановке: отцы навечно 
остались на полях сражений, а нашим матерям и их родителям 
пришлось очень много работать. Вокруг сел и деревень все приле-
гающие пространства были буквально нашпигованы различным 
оружием. Частично оно было собрано, но в глухих лесных масси-
вах и оврагах его потом утилизировала сама природа. Однако еще 
долго после окончания войны гремели взрывы и гибли мы — лю-
бознательные мальчишки. 
Нашими первыми учителями стали однорукие, одноногие, а то 
и вовсе обезноженные молодые парни, возвратившиеся с войны 
инвалидами. Они как-то потом незаметно исчезли из жизни, но ус-
пели убедительно объяснить нам, что красиво раскрашенные зажи-
гательные снаряды и изящно исполненные мины и гранаты — это 
смерть. Мне повезло, и я уцелел. Дошкольное образование я полу-
чал за высоким забором деревенской усадьбы: бабушка укрощала 
мое любопытство розгами, а дедушка обучил немецкому языку (он 

сам знал его в совершенстве, поскольку провел много лет в авст-
рийском плену). Средняя школа в то время давала разносторонние 
знания. В лабораториях физики и химии, и особенно на уроках 
УПК, где в старших классах мы разбирали и собирали двигатели 
автомобиля и трактора, по-настоящему была удовлетворена моя 
тяга к технике и экспериментированию. Потом, в Харьковском 
университете [1], с этим было еще лучше. В техникуме (не помню 
его названия) по дисциплине УТП мы обучались токарному, фре-
зерному и слесарному делу. Зачет принимал мастер, когда ему 
предъявлялся молоток, полностью изготовленный своими руками. 
После третьего курса на практику, и затем, до завершения выпуск-
ных работ, мы направлялись в Украинский физико-технический 
институт (УФТИ) в Пятихатках (ныне туда переместился и универ-
ситетский физико-технический факультет). 
Блестящее поколение академиков учило нас физике: И. М. Лиф-
шиц (теоретическая физика), А. И. Ахиезер (механика и молеку-
лярная физика), А. Г. Ситенко (атомная физика), В. Г. Барьяхтар 
(элементы квантовой теории металлов). В. Е. Иванов (материалы 
реакторостроения) читал нам курс на английском языке. Являясь 
зам. директора УФТИ (а затем и его директором) и по совмести-
тельству заведующим кафедрой в университете, он создавал нам, 
студентам, все условия для выполнения дипломных работ в лабора-
ториях института под руководством блестящих экспериментаторов. 
Я гордился тем, что прошел такую школу, а также и тем, что 
после окончания университета, в новом НИИ в г. Калуге, начал 
работать в тех же творческих условиях: его директор Ф. И. Бусол, 
главный инженер А. М. Гончаренко и руководители направлений 
— С. И. Файфер, И. С. Болгов, В. В. Лебедев, В. И. Стрелов и др. 
— прибыли для работы в институт именно оттуда. Институт толь-
ко создавался, и эти профессионалы нам, молодым специалистам, 
определили лишь направление деятельности, не ограничивая дета-
лями. Хотя на ежеквартальных заседаниях НТС отчет каждого был 
обязательным. Это была хорошая школа. 
Техника получения образцов и методы исследования [2–4], 
структуры с оксидами (планарные многокомпонентные и компози-
ционные) в электрических и магнитных полях, в вакууме и газовом 
разряде и стали целью первых моих поисковых исследований [5]. 

Было ясно, что экспериментальные макеты, моделирующие физи-
ко-химические процессы, происходящие в реальных приборах, — 
первый и необходимый предмет для всестороннего изучения 
свойств создаваемых эмиттирующих объектов. Важно смоделиро-
вать хотя бы основные условия, в которых будут эксплуатировать-
ся новые источники эмиссии. И зарубежные коллеги [6], и мы, по-
нимая это, создали прежде всего технологии герметизации с целью 
получения надежных экспериментальных приборов [7, 8]. Методо-
логия создания таких макетов должна предусматривать адекват-
ность форсированных режимов испытаний в них, наблюдаемым 
в реальных приборах. Поэтому эмиттирующие композиции для 
вторично-электронных, термоэлектронных, ионно-электронных ка-
тодов и электродов, их параметры и конструкции разрабатывались 
и реализовывались в творческом взаимодействии с главными кон-
структорами и основными специалистами, создающими новые сверх-
высокочастотные (СВЧ) приборы, газоразрядные лазеры и лампы, 
а также системы на их основе (Г. И. Артюх, Н. П. Есаулов, В. П. Ма-
рин, В. Н. Ильин — НИИ «Титан», г. Москва; В. А. Степанов, 
Л. И. Киселева, А. В. Горелик, В. Н. Дронов — НИИ газоразрядных 
приборов, г. Рязань; В. А. Варенцов, В. А. Гриневич, Д. П. Процен-
ко — СКБ «Арсенал», г. Киев; А. В. Мельников, М. М. Назаренко, 
Ю. Д. Голяев, Э. П. Пролейко, Г. А. Чистяков — НИИ «Полюс», 
г. Москва; Б. З. Нейман, А. А. Анашкин, В. Д. Котов, М. А. Фурса-
ев — ОКБ «Тантал», г. Саратов; А. В. Рожанец, А. В. Евтеев — 
Дятьковский завод газоразрядных приборов, г. Дятьково; Б. В. Ефи-
мов, Е. А. Измайлов — Московский институт электромеханики 
и автоматики, г. Москва; И. П. Мазанько — НПО «Астрофизика»; 
Б. П. Ремизов — НИИП, г. Москва; Е. П. Остапченко — СКБ завода 
«Полярон», г. Львов; В. П. Тычинский, Б. Ч. Дюбуа — НИИ «Ис-
ток», г. Фрязино и др.). Совместно создавались как приборы, так 
и ряд систем на их основе. 
Новые сведения об источниках заряженных частиц и приборах на 
их основе публиковались в различных журналах и научно-техни-
ческих сборниках. К сожалению, в определенный исторический пе-
риод в подавляющем большинстве эти издания канули в неизвест-
ность вместе с исчезнувшими или реформированными НИИ и КБ, 
и если что-то осталось, то, возможно, в секретных изобретениях. 

Судьба открытых публикаций по фундаментальным исследова-
ниям свойств создаваемых композиций, выполненным совместно 
с коллегами из университетов, оказалась иной. Для вышеприве-
денных целей требуются особые методы исследований, оригиналь-
ное аналитическое оборудование и изыскания в области альтернативных 
технологий. Это стратегия мировой науки. 
Они проводились с участием коллег из различных университетов 
и институтов (А. И. Бажин, С. В. Теплов, В. А. Ступак — ДонГУ, 
г. Донецк; Е. Т. Кучеренко, В. З. Шаповал — Киевский госуниверситет 
им. Т. Г. Шевченко; Г. Г. Бондаренко, А. А. Шмыков, 
А. Н. Тихонов — МИЭМ, г. Москва; А. А. Фомичев, Е. П. Шешин 
— МИФИ, г. Долгопрудный; А. С. Сигов, В. И. Капустин — 
МИРЭА, г. Москва; К. Г. Никифоров, Д. К. Никифоров — КГУ 
им. К. Э. Циолковского, г. Калуга; В. В. Андреев, А. А. Столяров, 
В. Г. Барышев, В. В. Бобрецов — КФ МГТУ им. Н. Э. Баумана; 
Г. В. Козьмин — ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, 
г. Обнинск; В. С. Хмелевская — ИАТЭ, г. Обнинск; 
Э. М. Соколов, Л. Э. Шейнкман — ТулГУ, г. Тула и др.). Совместные 
наши публикации широко известны, но научное сотрудничество 
продолжается до настоящего времени [9–21]. 
Прикладные исследования и разработка технологий различных 
типов источников электронов осуществлялась коллегами и учениками 
в Калуге — в Институте материалов электронной техники и в КФ 
МГТУ им. Н. Э. Баумана. Их результаты, имена основных соавто-
ров — ученых, инженеров и специалистов — приведены частично 
в работах [22–39]. Некоторые теоретические и экспериментальные 
результаты, полученные в составе этих трех авторских коллекти-
вов, и положены в основу настоящей книги. 
Столь пространные рассуждения о составе и деятельности твор-
ческих коллективов специалистов, работавших над идеей создания 
управляемых потоков электронов, эмиттированных с холодных 
и горячих поверхностей, преследуют лишь одну цель: без высоко-
надежных и долговечных источников электронов не были бы дос-
тигнуты уникальные параметры отечественных вакуумных СВЧ-
приборов, газоразрядных лазеров и ламп — основы систем радио-
локации, навигации и освещения. Суть самой идеи заключается 
в том, что прибор и источник электронов — замкнутая система, 

функционирующая как единое целое. Вынесенное в эпиграф ут-
верждение Николы Теслы совершенно верно — идея по созданию 
того или иного прибора не будет сырой, если предварительно бу-
дут четко изучены и установлены механизмы взаимодействия 
внутри этой системы. Недостаточно иметь источник электронов 
с определенными свойствами, как это было сделано, например, для 
резисторов и конденсаторов, а надо изучить и понять суть всех фи-
зико-химических процессов, происходящих в данной замкнутой 
системе, чтобы, варьируя материалом, формой и конструкцией ис-
точника электронов, обеспечить нужные параметры прибора. При-
чем воспроизводимость свойств источников электронов, сохране-
ние стабильности их параметров, обеспечение минимального раз-
броса свойств от партии к партии требуют разработки методов 
и аналитической аппаратуры такого уровня, чтобы их качество га-
рантировало получение достоверных результатов анализа, удовле-
творяющих и разработчиков источников электронов, и создателей 
приборов, и конструкторов систем на их основе. 
Эта важная проблема экспериментальной физики, решаемая це-
лым поколением ученых и инженеров, так и не была должным обра-
зом обобщена и оценена, за исключением, возможно, работ [40–45]. 
По-видимому, это произошло потому, что конечной целью всегда 
были приборы и системы, а всё остальное — досадным промежу-
точным барьером. Хотел бы надеяться, что мне при решении этой 
проблемы удалось в какой-то степени привить большому коллек-
тиву любовь к тонкому экспериментированию и коллективному 
творчеству, характерному для УФТИ. 
Данная книга частично восполняет пробел, который авторы пы-
тались проиллюстрировать на примере создания отечественных 
магнетронов и некоторых газоразрядных лазеров и ламп. Основной 
же её целью является освещение проблемы разработки и примене-
ния, на основе вышеназванных приборов, новых методов в сфере 
защиты природы, сохранения здоровья и жизни человека. Выбор 
методов и технологий для данной книги принадлежит редактору, 
и он в полной мере несет ответственность за него. Авторы редак-
тируемой книги с начала 90-х годов прошлого века занимались ис-
следованиями по созданию методов экспериментальной физики 
для природоохранных целей и защиты окружающей среды. Значи-

тельная помощь в оформлении рукописи данной книги оказана её 
авторам Н. С. Сапроновой, за что я от их имени выражаю ей самую 
искреннюю признательность. 

ЛИТЕРАТУРА К ПРЕДИСЛОВИЮ 

 1. Харкiвский нацiональний унiверситет iм. В. Н. Каразiна за 
200 рокiв / В. С. Бакiров, В. М. Духопельников, Б. П. Зайцев 
тa iн. — Харкiв : Фолiо, 2004. — 750 с. 
 2. Мюллер К. Исследование процессов окисления дисилицида 
вольфрама / В кн.: Новые материалы, получаемые методами 
порошковой металлургии. Пер. с немецкого Г. Г. Кефера. — 
М. : Металлургия, 1966. — С. 98–104. 
 3. Влияние условий получения силицидных слоев на молибдене 
на некоторые их свойства / Е. П. Нечипоренко, А. Д. Осипов, 
А. П. Коржавый, Н. С. Полтавцев. В кн.: Температуроустой-
чивые защитные покрытия. — Л. : Наука, 1968. — С. 68–74. 
 4. Хауффе К. Реакции в твердых телах и на их поверхности / 
Пер. с немецкого А. Б. Шектера. — М. : Изд-во иностранной 
литературы, 1963. Часть 2. — 275 с. 
 5. Файфер С. И., Кофтелев В. Т., Коржавый А. П. Об электро-
проводящих керментах для подогревателей катодов // Элек-
тронная техника. Материалы. — 1969. — Вып. 6. — С. 3–10. 
 6. Hochuli U., Haldemann P. Indium Sealing Techniques // Rev. Sci. 
Instr. — 1972. — V. 43. — P. 1088. 
 7. Файфер С. И., Кофтелев В. Т., Коржавый А. П. Высокотемпе-
ратурное диффузионное соединение молибдена и тантала 
с электропроводящими керметами на основе окиси алюминия 
/ В кн.: Диффузионное соединение в вакууме металлов, сплавов 
и неметаллических материалов. — М. : Изд-во ПНИЛДСВ, 
1970. — С. 111–119. 
 8. Варенцов В. А., Коржавый А. П., Бритун В. Ф. Исследование 
границы электроадгезионных соединений некоторых материа-
лов электронной техники // Электронная техника. Материалы. 
— 1983. — Вып. 12 (085). — С. 36–39. 
 9. Исследование и разработка методов контроля активного слоя 
вторичных электронных эмиттеров / А. И. Бажин, В. П. Шес-
тов, А. П. Коржавый и др. — М. : ВИНИТИ, 1983. — 110 с. 

10. Восходящая диффузия примесных атомов замещения в при-
поверхностном слое кристалла / А. И. Бажин, С. В. Теплов, 
А. П. Коржавый // Украинский физический журнал. — 1987. 
— Т. 32, № 1. — С. l16–119. 
 11. Евдокимов О. И., Коржавый А. П., Шаповал В. З. Влияние па-
раметров газовой смеси и конструкций разрядного промежут-
ка на генерацию и мощность излучения гелий-неонового лазе-
ра // Электронная техника. Материалы. — 1986. — Вып. 4 
(215). — С. 74–76. 
 12. Изменение термоэмиссионных свойств катодов типа металл–
оксиды ЩМ и ЩЗМ под влиянием электронной бомбардиров-
ки / К. П. Редёга, А. П. Коржавый, А. А. Шмыков, И. А. Ти-
щенко // Электронная техника. Материалы. — 1985. — Вып. 6 
(205). — С. 11–14. 
 13. Бондаренко Г. Г., Коржавый А. П. Ионно-плазменное напыле-
ние алюминиевых и бериллиевых покрытий на внутренние 
поверхности полых цилиндрических катодов // Известия РАН. 
Металлы. — 1995. — № 4. — С. 167–171. 
 14. Бондаренко Г. Г., Коржавый А. П. Эффективные эмиттеры на 
основе никеля, палладия и платины // Известия РАН. Метал-
лы. — 2000. — № 4. — С. 114–117. 
 15. Патент РФ № 2175804. Газовый лазер на тлеющем разряде 
(по заявке № 2000112332 от 18.05.00) / Г. М. Калистратова, 
А. П. Коржавый, А. А. Фомичев и др. — 2001. — Б. И. № 31. 
 16. Коржавый А. П., Марин В. П., Сигов А. С. Некоторые аспекты 
создания технологий и конструкций изделий квантовой элек-
троники // Наукоемкие технологии. — 2002. — Т. 3, № 4. — 
С. 20–31. 
 17. Никифоров Д. К., Коржавый А. П., Никифоров К. Г. Влияние 
диэлектрического нанослоя на эмиссионные свойства струк-
тур Al–Al2O3 и Ве–ВеО // Известия РГПУ им. А. И. Герцена. 
Естественные и точные науки. Физика. — 2009. — № 11 (79). 
— С. 153–159. 
 18. А.с. СССР № 1101924. Металлопористый катод прямого нака-
ла / В. Д. Чигринец, В. В. Бобрецов, А. П. Коржавый и др. — 
1984. — Б. И. № 25. 
 19. Капустин В. И., Коржавый А. П. Новая безреагентная техноло-
гия для очистки питьевой воды и осадков сточных вод / В кн. : 

Состояние и охрана окружающей среды в Калуге. — Калуга : 
Изд-во «Экоаналитика», 2009. — С. 31–33. 
 20. Основы ведения сельского хозяйства в условиях радиоактивно-
го загрязнения : учебное пособие / Г. В. Козьмин, С. В. Круг-
лов, Б. И. Яцало и др.; Под общ. ред. А. П. Коржавого. — М. : 
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 184 с. 
 21. Влияние электромагнитного излучения на изменение концен-
трации металлов в модельных растворах / Э. М. Соколов, 
А. П. Коржавый, Л. Э. Шейнкман, Н. Н. Лапа // Известия 
Тульского государственного университета. Экология и рацио-
нальное природопользование. — Москва–Тула : Изд-во ТулГУ, 
2006. — Вып. 1. — С. 21–29. 
 22. Коржавый А. П., Писачев Н. Е., Редёга К. П. Исследование 
влияния неоднородности плазмы на работоспособность поло-
го холодного катода // Электронная техника. Материалы. — 
1977. — Вып. 10. — С. 16–22. 
 23. Влияние некоторых факторов на образование газовых включе-
ний в многослойных материалах / А. П. Коржавый, Г. Ф. Ло-
ренц, Э. А. Нарусевич, В. М. Соболев // Электронная техника. 
Материалы. — 1979. — Вып. 4. — С. 8–15. 
 24. Эффективные катодные материалы / В. Ф. Арцыхович, Ф. И. Бу-
сол, А. П. Коржавый и др. // Электронная промышленность. — 
1984. — Вып. 5. — С. 50–52. 
 25. Коржавый А. П., Корчагина Е. Е., Прасицкий В. В. Малогаба-
ритный холодный катод гелий-неонового лазера // Электрон-
ная техника. Лазерная техника и оптоэлектроника. — 1986. — 
Вып. 4 (238). — С. 4–5. 
 26. Протяженные импрегнированные катоды / Б. Ю. Адамяк, 
А. П. Коржавый, В. И. Сень и др. // Электронная техника. 
Электровакуумные и газоразрядные приборы. — 1986. — 
Вып. 3 (114). — С. 33–34. 
 27. О возможности управления свойствами вторично-эмиссионного 
катода / К. П. Редёга, В. И. Звонецкий, А. П. Коржавый, 
А. Н. Прозоров // Электронная техника. Материалы. — 1987. 
— Вып. 6. — С. 17–21. 
 28. Мороков В. И., Коржавый А. П., Савранская Е. С. Технологи-
ческие пути повышения качества электродов для источников